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3D打印正在獲得工業(yè)制造業(yè)越來(lái)越多的重視，但即便是很多看好3D打印技術(shù)的制造業(yè)人士，對3D打印所能實(shí)現的產(chǎn)品形狀感到樂(lè )觀(guān)，但對3D打印所能實(shí)現的力學(xué)性能感到疑慮。
不銹鋼是近一百五十年前發(fā)明的，今天仍然廣受歡迎。它是通過(guò)將鋼鐵本身與鐵和碳（有時(shí)是其他金屬如鎳）的組合進(jìn)行熔煉制成的，并添加了鉻和鉬元素，防止生銹和腐蝕。鉻促進(jìn)了鋼的鈍化并使鋼保持穩定鈍態(tài)的結果。隨著(zhù)鉬含量的增加，鋼的高溫強度提高，比如持久，蠕變等性能均獲較大改善。
金屬加工是理解冶金領(lǐng)域的一門(mén)深奧學(xué)問(wèn)，復雜的一系列冷卻，再加上熱處理和軋制等步驟使材料具有緊密堆積的合金晶粒結構，并且顆粒之間具有薄邊界的微觀(guān)結構。當金屬彎曲或受到應力時(shí)，就容易產(chǎn)生裂縫，但是強大的邊界作用可以阻止這些裂縫的發(fā)生，使得材料更加堅固，同時(shí)仍然具有足夠的靈活性以形成所需的形狀。
3D打印研究人員長(cháng)期以來(lái)一直試圖制造更堅固的金屬零件。通過(guò)粉末床選擇性金屬熔化技術(shù)，計算機控制的大功率激光束在金屬表面上前后移動(dòng)。激光熔化的顆粒撞擊并融合在一起，然后粉末床下降進(jìn)行另一層金屬粉末的加工。新熔化的材料結合到下面的層，通過(guò)重復這種逐層熔化的方式，工程師們可以構建復雜的形狀，例如火箭及航空發(fā)動(dòng)機。
問(wèn)題是在顯微鏡下，這些不銹鋼零件通常是高度多孔的，并且容易斷裂。
最終，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗室（LLNL）聯(lián)合喬治亞理工大學(xué)和美國俄勒岡州立大學(xué)的阿姆斯國家實(shí)驗室的科學(xué)家們通過(guò)改變加工參數和過(guò)程控制來(lái)提高零件的力學(xué)性能。通過(guò)控制激光能量以及采取快速冷卻的過(guò)程，科研人員獲得了更加致密的零件加工結果。
科研人員在316L不銹鋼的3D打印領(lǐng)域取得了“突破”，這是一種常見(jiàn)的“海洋級” 不銹鋼具有低碳組成。在石油管道、發(fā)動(dòng)機零件和廚房設備等場(chǎng)合被廣泛使用，通常具有低腐蝕性和高延展性。令人興奮的是，測試表明堅固耐磨的3D打印316L不銹鋼可以提供比其他形式的鋼更高水平的強度和延展性，使其有助于化學(xué)設備、醫療植入物、發(fā)動(dòng)機零件以及需要其設備優(yōu)異物理性能的各種其他應用。
現在，研究人員不僅僅將這種過(guò)程控制工藝應用到不銹鋼的加工中，還擴展到其他金屬材料的加工中。3D科學(xué)谷了解到他們可以使得3D打印機在不同的尺度上構建小型的墻壁單元結構，這些結構可以防止裂縫和其他常見(jiàn)問(wèn)題的發(fā)生。 測試顯示，在某些條件下，這些3D打印的不銹鋼零件的強度是傳統制備工藝所實(shí)現的強度的三倍，這一發(fā)現還發(fā)表在Nature Materials*上。
賓夕法尼亞州的內基梅隆大學(xué)的機械工程師Rahul Panat表示，美國勞倫斯·利弗莫爾國家實(shí)驗室（LLNL）的發(fā)現是非常令人興奮的事情。另外，Panat和他的同事們正在通過(guò)市面上購買(mǎi)的3D打印機來(lái)通過(guò)這種方法制造更強的金屬。
這種高強度不銹鋼的獲得可以使得3D打印技術(shù)不僅可用于航空航天行業(yè)制造飛機燃料箱，還可以用于核電廠(chǎng)用來(lái)制造高強度壓力管。
 3D科學(xué)谷REVIEW3D科學(xué)谷認為，3D打印最容易被業(yè)界記住的是無(wú)?；约八尫诺脑O計自由度。而通過(guò)3D打印所實(shí)現的材料制備技術(shù)的提升是當前商業(yè)界所容易忽視的地方。所幸的是世界范圍內，不少的研究機構在進(jìn)行通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)提升材料性能的研究。這些研究結果將進(jìn)一步擴展3D打印的市場(chǎng)應用空間，刺激金屬3D打印技術(shù)的市場(chǎng)增長(cháng)。
隨著(zhù)設備加工技術(shù)的提升，加之材料的配合以及價(jià)格的合理化，金屬3D打印勢必在產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域的道路越來(lái)越寬。而對于加工應用方來(lái)說(shuō)，要迎接這樣的技術(shù)浪潮，了解金屬3D打印的冶金加工學(xué)就成為必修課。
的確，在金屬加工過(guò)程中，發(fā)生著(zhù)許多微妙的事情。就拿選擇性激光熔化技術(shù)來(lái)說(shuō)，在激光對粉末的融化加工過(guò)程中，每個(gè)激光點(diǎn)創(chuàng )建了一個(gè)微型熔池，從粉末熔化到冷卻成為固體結構，光斑的大小以及功率帶來(lái)的熱量的大小決定了這個(gè)微型熔池的大小，從而影響著(zhù)零件的微晶結構。并且，為了熔化粉末，必須有充足的激光能量被轉移到材料中，以熔化中心區的粉末，從而創(chuàng )建完全致密的部分，但同時(shí)熱量的傳導超出了激光光斑周長(cháng)，影響到周?chē)姆勰?，出現半熔化的粉末，從而產(chǎn)生孔隙的現象。
對于應用端來(lái)說(shuō)，除了設備的配置這樣的剛性條件，冶金性能方面還與金屬3D打印過(guò)程的諸多條件相關(guān)。加工參數的設置、粉末的質(zhì)量與顆粒情況、加工中惰性氛圍的控制、激光掃描策略、激光光斑大小以及與粉末的接觸情況、熔池與冷卻控制情況等等都帶來(lái)了不同的冶金結果。
通常來(lái)說(shuō)加工越快，表面粗糙度越高，這是兩個(gè)此起彼長(cháng)的相關(guān)變量。另外，殘余應力是DED以及SLM加工技術(shù)所面臨的共同話(huà)題，殘余應力將影響后處理和機械性能參數。不過(guò)，根據3D科學(xué)谷的市場(chǎng)研究，根據對冶金方面的駕馭能力，殘余應力也可以用來(lái)幫助促進(jìn)再結晶和細小的等軸晶組織的形成。
在過(guò)去的五年里,對于金屬打印過(guò)程中微觀(guān)結構的理解和新合金的加工性能已經(jīng)獲得了不少的進(jìn)步。同時(shí)還觀(guān)察到微觀(guān)結構的非均質(zhì)性，在這方面通過(guò)表征工作（柱狀晶、高取向、孔隙度等）獲取對加工冶金學(xué)的進(jìn)一步理解，從而不僅提高金屬3D打印的工藝控制能力，還為材料制備以及后處理提出了新的要求。
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